Pengisi Anti-Penuaan Biojisim Hibrid Novel Untuk Komposit Getah Stirena-Butadiena Bahagian 1
May 30, 2022
Sila hubungioscar.xiao@wecistanche.comuntuk maklumat lanjut
Abstrak:Antioksidan biasanya digunakan untuk memanjangkan hayat perkhidmatan polimer kerana kebolehurangan kuat kumpulan hidroksil fenolik bagi struktur fenol terhalang. Diilhamkan oleh ciri ini, kami telah memperkenalkan polifenol teh hijau (TP) yang disokong pada permukaan silika yang mengandungi kumpulan hidroksil fenolik yang banyak untuk mendapatkan pengisi anti-penuaan biojisim baru (BAF, dilambangkan sebagai silika-s-TP) untuk mengukuhkan dan meningkatkan anti-penuaan. -sifat penuaan komposit getah. Penggunaan silika-s-TP untuk meningkatkan kestabilan terma-oksidatif dan rintangan penuaan cahaya ultraviolet(UV) getah stirena-butadiena (SBR) telah dinilai. Pengisi anti-penuaan biojisim hibrid bukan sahaja boleh tersebar secara seragam dalam matriks getah, menimbulkan sifat mekanikal yang sangat baik tetapi juga meningkatkan sifat kestabilan haba-oksidatif dan rintangan penuaan UV dengan peningkatan kandungan silika-s-TP SBR dengan jelas. . Kajian ini menyediakan strategi ringan dan mesra alam untuk menyediakan pengisi biojisim berfungsi, yang boleh digunakan sebagai bukan sahaja pengisi tetulang tetapi juga sebagai bahan tambahan anti-penuaan dalam "getah hijau".
Kata kunci:komposit getah; pengisi anti-penuaan; silika; biojisim; polifenol teh; termostable
Sila klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut
1. Pengenalan
Penuaan bahan polimer adalah masalah penting untuk aplikasi jangka panjangnya. Penuaan polimer disebabkan oleh haba, terutamanya di bawah suhu tinggi untuk masa yang lama, lebihan oksigen, bahan kimia, dan sinaran ultraungu(UV). Variasi yang disertakan memburukkan sifat dan kestabilan bahan polimer dan menyekat penggunaannya pada tahap yang besar. Iaitu, penuaan bahan polimer cenderung untuk mempercepatkan kemusnahan sifat bahan, membawa kepada pengurangan dalam hayat perkhidmatan dan peningkatan dalam penggunaan sumber dan, dalam keadaan tertentu, boleh menjadi bencana. Satu contoh yang jelas adalah penuaan tayar getah. Elastomer diena, seperti getah asli(NR), getah butadiena(BR), dan getah stirena-butadiena, adalah elastomer penting dalam industri moden[23] Rantaian utama getah mengandungi rantai tak tepu dan hidrogen allvl, yang terdedah kepada haba. -penuaan oksidatif dan putus rantai molekul [4,5]; penuaan oksidatif adalah yang paling biasa [6,7].dos cistanche redditUntuk mencegah penuaan oksidatif bahan getah dan memanjangkan hayat perkhidmatannya, agen anti-penuaan telah digunakan untuk menghalang dan menghapuskan radikal bebas. Walau bagaimanapun, beberapa ejen anti-penuaan komersial boleh memainkan peranan pada tahap tertentu, tetapi terdapat beberapa kelemahan yang mengehadkan penggunaannya, seperti kecekapan antioksidan yang lemah, turun naik, dan penghijrahan yang mudah. Selain itu, kebanyakan oksidan adalah toksik dan akan menyebabkan kemudaratan tertentu kepada manusia dan alam sekitar [8,9]. Oleh itu, adalah penting penyelidikan tertentu untuk mencari agen anti-penuaan yang tidak toksik dan semula jadi.
Antioksidan amina dan fenolik biasanya digunakan dalam sistem anti-penuaan getah [10-13]. Berbanding dengan antioksidan amina, antioksidan fenolik sesuai untuk produk getah tidak berwarna atau berwarna terang kerana ciri-cirinya yang tidak mencemarkan dan tidak berubah warna. Seperti yang diketahui, sebatian polifenol dan fenolik terdapat dalam sejumlah besar tumbuhan, termasuk teh, kopi, sayur-sayuran, dan buah-buahan yang belum masak. Polifenol teh adalah bahan aktif biologi utama dalam teh hijau dan komponen utama katekin TPsis. Katekin terutamanya terdiri daripada (-)-epicatechin(EC), (-)-epicatechin gallate (ECG),(-)-epigallocatechin(EGC), dan (-)-epigallocatechin gallate (EGCG). Selain itu, sebagai sejenis biojisim, TP digunakan secara meluas sebagai antioksidan [13,14], agen pelindung UV, ubat antikanser[15], ubat antibakteria [16-18] dan pengurang graphene oksida kerana kereaktifan tinggi penggantian hidroksil dan radikal bebas, dan keupayaan mengais [19]. Yan et al. polifenol teh yang didopkan ke dalam rantai molekul polianilin sebagai jenis baharu dopan dan penstabil haba yang cekap. Berbanding dengan polianilin tulen, doping TP ke dalam rantai molekul polianilin meningkatkan interaktiviti segmen rantai dan menggalakkan penyahtempatan elektron [20]. Guo et al menggunakan sebatian polifenol teh untuk mengurangkan graphene oksida untuk mendapatkan graphene terkurang polifenol teh (TPG). Menggunakan kaedah pengkompaunan buburan terus, buburan TPG ditaburkan secara seragam dalam polietilena berklorosulfonat (CSM) untuk menyediakan komposit CSM/TPG. Kajian mendapati bahawa terdapat interaksi antara muka yang kuat antara CSM dan TPG, yang secara signifikan meningkatkan sifat mekanikal bahan komposit [19,21]. Selain itu, Guo et al. telah menggunakan sebatian polifenol teh sebagai agen pengurangan dan penstabil untuk menfungsikan graphene (JPTG), yang disediakan oleh tindak balas Mannich dengan graphene oxide. Komposit getah nitril/JTPG disediakan dengan kaedah larutan aseton, dan sifat mekanikal dan kekonduksian elektrik bahan bertambah baik [22].
Cistanche boleh anti-penuaan
Pengisi bukan organik adalah bahan yang diperlukan untuk produk getah untuk menguatkan matriks getah dan mengurangkan kos. Pada tahun-tahun lepas, sebilangan besar kajian telah menunjukkan bahawa pengisi bukan organik yang diubah suai ejen gandingan silane boleh meningkatkan penyebaran pengisi bukan organik secara meluas dalam matriks getah [23]. Baru-baru ini, kaedah baru pengubahsuaian permukaan pengisi tak organik oleh bahan tambahan getah berat molekul rendah pada permukaannya telah ditubuhkan sebagai pendekatan yang berkesan untuk mendapatkan prestasi gabungan pengisi tegar dan bahan tambahan getah [24]. Sebagai contoh, kesusasteraan melaporkan bahawa permukaan pengisi tak organik yang diubah suai oleh antioksidan getah boleh merealisasikan penyebaran homogen pengisi dan memperbaiki gabungan antara muka antara getah dan pengisi [25].faedah ekstrak cistanche,Walau bagaimanapun, menurut penyelidikan yang berkaitan, terdapat laporan yang jarang berlaku mengenai silika yang berfungsi dengan polifenol teh. Di samping itu, kesan polifenol teh yang berlabuh pada permukaan silika pada sifat anti-penuaan dan pengukuhan getah belum dilaporkan oleh penyelidik. Memandangkan prestasi pengukuhan silika, silika yang difungsikan biojisim polifenol teh boleh memberikan peningkatan yang lebih baik bagi sifat mekanikal akhir dan kesan antioksidan nanokomposit getah.
Dalam kertas kerja ini, sejenis silika terubah suai TP(silika-s-TP) baharu sebagai pengisi anti-penuaan biojisim, bukannya aditif anti-penuaan organik konvensional, telah diperkenalkan kepada matriks SBR untuk meningkatkan prestasi termo-penuaan secara serentak. penuaan oksidatif dan sifat mekanikal. Pengaruh pengisi anti-penuaan biojisim pada serakan, lekatan antara muka, sifat mekanikal, dan sifat anti-penuaan komposit SBR telah dikaji secara sistematik. Seperti yang kami jangkakan, mereka silika-TP mempamerkan peneguhan getah yang sangat baik dan sifat anti-penuaan daripada amina tradisional atau ejen anti-penuaan getah fenolik dengan kandungan pengisi yang sama kerana kelebihan gabungan pengisi dan agen anti-penuaan biojisim melalui ikatan kimia antara silika dan TP. Matlamat kerja ini adalah untuk menyediakan pengisi biojisim hibrid baru yang boleh digunakan sebagai sejenis aditif anti-penuaan bukan toksik dengan sifat antioksidan dan pengukuhan yang sangat baik untuk industri "getah hijau".
2. Eksperimen
2.1.Bahan
SBR (1502) dihasilkan oleh Institut Produk Getah Guangzhou, Guangzhou, China. Polifenol teh (TP) diperoleh daripada Shenzhen Shanghai Bioengineering Co., Ltd., Shenzhen, China. Silika murni(FINE-SIL 518) dengan luas permukaan tertentu 200-220 m//g telah dibeli daripada Huiming Chemical Co., Ltd., Jiangxi, China. Penggerak seperti asid stearik (SA) dan zink oksida (ZnO), pemecut N-cyclohexyl benzothiazole-2-sulphenamide (CBS), dan sulfur tidak larut (S) pemvulkanan ialah produk gred industri dan digunakan seperti yang diterima. Dibutyltin dilaurate (DBTDL), dan etanol mutlak adalah reagen analisis dan digunakan seperti yang diterima.
2.2. Penyediaan Pengisi Anti-Penuaan Biojisim Hibrid Organik-Bukan Organik
Laluan sintesis pengisi anti-penuaan biojisim (silika-s-TP) ditunjukkan dalam Rajah 1. Silika-s-TP telah disediakan dengan kaedah ringan dan satu langkah.15.0g silika telah ditambahkan pada kelalang tiga leher 500 mL dan ditaburkan dalam 300 mL etanol mutlak, dan kemudian 1 g TP dan beberapa titik DBTDL telah ditambah ke dalam ampaian. Selepas kacau pada 50 darjah selama 11 jam, campuran itu ditapis dan dibasuh dengan etanol selama 4 kali. Kemudian, produk dikeringkan dalam ketuhar vakum pada 80 darjah kepada berat malar.
2.3. Penyediaan Komposit SBR/Silica-s-TP
Komposit SBR yang disediakan dengan mengisi kandungan berbeza pengisi silika dan silika-s-TP dicampur dengan pengaktif, pemecut, dan pemvulkanan pada suhu bilik selama 10 minit oleh kilang dua gulung, masing-masing. Komponen komposit SBR/silika-s-TP disenaraikan dalam Jadual 1. Komposit dinamakan SBR/ST-x, di mana x bermaksud x phr bagi silika-s-TP.cistanche genghis khanKemudian, sebatian yang disediakan ditekan panas pada 160 darjah untuk masa pengawetan yang optimum. Kemudian, sampel telah diawetkan pada helaian setebal 1 mm pada 160 darjah dan dipotong mengikut bentuk spesimen dumbbell A.
2.4. Perwatakan
Ujian spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) telah dilakukan pada Thermo Fisher Scientific ESCALAB 250Xi XPS (Thermo Fisher Scientific Company, Waltham, MA, USA). Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) diperoleh daripada spektrometer Bruker Vector 33 FTIR (Bruker Technology Co., Ltd., Beijing, China) dalam julat 4000 sm hingga 400 sm-1. Analisis termogravimetrik (TGA) telah dijalankan pada NETZSCH TG209F1 (Kumpulan NETZSCH, Selb, Jerman) dari 30 darjah hingga 800 darjah sebanyak 10 darjah / min dan dalam suasana N2. Spektrum penyerapan UV-VIS sampel diperoleh dengan spektrometer Lambda 35 (Perkin Elmer, Waltham, MA, Amerika Syarikat), dan sampel telah tersebar dalam air ternyahion. Instrumen Merlinscanning electron microscope (SEM)(ZEISS Co.Ltd., Jena, Germany) telah digunakan untuk memerhati morfologi penyebaran pengisi dalam permukaan patah matriks getah. Ciri pemvulkanan sebatian SBR telah dijalankan pada rheometer rotor UR-2030(U-CAN DYNA TEX INC., Taipei, Taiwan). Ujian koyakan dan tegangan telah dilakukan pada instrumen U-CAN UT-2060 (U-CAN DYNA TEX INC., Taipei, Taiwan)mengikut ISO standard 37-2005. Ketumpatan pautan silang sampel diukur dengan kaedah pembengkakan keseimbangan seperti yang dilaporkan sebelum ini[25]. Penganalisis mekanikal dinamik(DMA) telah diukur dengan penganalisis mekanikal dinamik TA Q800 (Ta Instruments, Shanghai, China) daripada-80 darjah kepada 80Cby2 darjah /min. Untuk ujian penuaan UV, komposit SBR diletakkan dalam mesin ujian penuaan UV (Dongguan Zhenglan Precision Instruments Co., Ltd., Dongguan, China) selama 1,2, dan 3 hari pada 50 darjah C. Keamatan sinaran UV ialah 0.83 W/m2.
Peralihan kaca bagi komposit SBR dan SBR/silika-s-TP yang kemas telah dikesan oleh NETZSCH DSC 204 F(NETZSCH Group, Selb, Jerman). Pertama, komposit adalah isoterma pada -80 darjah selama 5 minit dan diikuti dengan pemanasan hingga 30 darjah pada kadar 10 darjah /min di bawah aliran N2. Kemudian, parameter eksperimen telah diberikan kepada langkah kapasiti haba ACpn dan pecahan berat lapisan polimer tidak bergerak Xim [26-28]. ACP dan Xim dikira seperti berikut:
dengan ACpo dan ACP ialah lompatan kapasiti haba pada kawasan peralihan kaca bagi komposit polimer yang tidak terisi dan terisi [29-31]. w ialah pecahan berat pengisi dalam sebatian getah.
3. Keputusan dan perbincangan
3.1. Pencirian Silika-s-TP
Rajah 2 menggambarkan spektrum FTIR bagi silika tulen, TP dan silika-s-TP, masing-masing. Spektrum bagi silika dengan kehadiran puncak ciri pada 3440 cm-l dan 1630 cm-1 masing-masing dimiliki oleh kumpulan hidroksil yang meregangkan untuk hidroksil silanol dan lenturan kumpulan hidroksil air yang diserap pada permukaan silika [27]. ]. Seperti yang ditunjukkan dalam spektrum inframerah TP, puncak tipikal pada 3340 cm-1 dan 1348 cm- masing-masing dikaitkan dengan regangan dan lenturan terikat hidrogen bebas atau intramolekul. Selain itu, puncak pada 1698 cm-I,1621 cm-!, dan 1448 cm-1 dikaitkan dengan regangan C=O, getaran C=C pada gelang dan CH lentur, masing-masing. Sementara itu, puncak pada 1144 cm dan 1034 cm-' semuanya dikaitkan dengan regangan COC [32]. Membandingkan silika-s-TP dengan TP tulen, spektrum inframerah silika-s-TP menunjukkan spektrum tipikal yang serupa dengan silika, Puncak ciri TP tidak dapat dilihat dalam spektrum silika-s-TP kerana jumlah yang sedikit. TP dicantumkan pada permukaan silika. Pengesanan yang lebih sensitif pada permukaan silika-s-TP boleh menggambarkan struktur permukaan silika-s-TP.
Penukaran TP kepada silika-s-TP ditunjukkan oleh spektroskopi UV-VIS dalam Rajah 2b. Sampel silika, TP, dan silika-s-TP tersebar dalam air ternyahion. Spektrum silika tidak menunjukkan penyerapan yang jelas dalam julat penyerapan ultraviolet biasa.lanjutan hayat cistanchePuncak penyerapan TP pada 220 dan 270 nm telah diberikan kepada peralihan π-πt dan n-πt bagi struktur terkonjugasi dalam benzena daripada TP[19]. Silika-s-TP kelihatan serupa dengan penyerapan TP pada 220 dan 270 nm juga. Ini jelas menggambarkan bahawa TP telah berjaya dicantumkan pada permukaan silika dengan kumpulan hidroksil.
Analisis termogravimetrik digunakan untuk menganggarkan kandungan TP yang disokong pada permukaan zarah silika dan lengkung silika, TP, dan silika-s-TP ditunjukkan dalam Rajah 2c. Lengkung termogravimetrik silika-s-TP boleh dibahagikan kepada dua peringkat semasa julat suhu dari 30 hingga 800 darjah .cistanche nzPeringkat pertama di bawah 150 darjah dikaitkan dengan dehidrasi air terjerap dan penyingkiran kumpulan silanol pada permukaan silika. Kemudian peringkat di atas 200 darjah dianggap sebagai penguraian terma molekul TP yang dicantumkan. Kecekapan pemuatan dikira dengan Persamaan (3) [33]:
Dan nilai pengiraan TP tidak bergerak pada permukaan nano-silika adalah kira-kira 3.4 peratus berat. Pengukuran XPS pada pencirian permukaan sampel adalah lebih sensitif [34]. Spektrum O 1s silika, TP, dan silika-s-TP, dan kelengkapan puncak silika-s-TP (lengkung nipis) ditunjukkan dalam Rajah 2d dalam lengkung nipis. Seperti yang ditunjukkan oleh Rajah 2d, puncak utama O1 dalam silika pada 532.6eV diberikan kepada Si-OH. Berbanding dengan silika, tenaga pengikat O1s untuk silika-s-TP dikurangkan disebabkan oleh tindak balas kimia antara Si-OH dan TP. Walaupun puncak boleh dibahagikan kepada empat jenis oksigen COH, Si-OC, COC, dan-C=O pada tenaga pengikat masing-masing 531.8,532.3,532.9 dan 533.5eV. Ini konsisten dengan tindak balas kimia antara kumpulan Si-OH dan TP untuk menghasilkan atom oksigen dengan tenaga pengikat yang berbeza[35]. Oleh itu, keputusan XPS menunjukkan lagi kejayaan ikatan TP pada permukaan silika.
Artikel ini diekstrak daripada Bahan 2020, 13, 4045; doi:10.3390/ma13184045 www.mdpi.com/journal/materials